CN109231348A - 普鲁兰菌丝球及其衍生物在处理有机染料废水中的应用 - Google Patents

普鲁兰菌丝球及其衍生物在处理有机染料废水中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用，属于微生物技术领域和染料化工生产废水处理领域。实验表明，本发明制备的普鲁兰菌丝球及其衍生物对于水体中的有机染料亚甲基蓝、甲基橙、结晶紫等均具有很好的吸附性能。在吸附剂的投放量为20mg/L~70mg/L，吸附时间为10~450min。对于水体中亚甲基蓝、甲基橙、结晶紫的去除率为55%，41%，98%以上。吸附过程均符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型及二级动力学方程，因此可用于染料废水的处理。

Description

普鲁兰菌丝球及其衍生物在处理有机染料废水中的应用
技术领域
本发明涉及一种普鲁兰菌丝球及其衍生物，主要用于染料废水的处理，属于微生物技术领域和染料化工生产废水处理领域。
背景技术
染料废水的稳定性很强，进入水环境中难以被降解，导致被污染水域色度加深，影响入射光线量，从而对水中微生物的生长以及水生物的光合作用产生不良影响，导致水体自净能力减弱，并且水体的生态系统平衡将会遭受破坏，更严重的是染料及其中间代谢产物大多为有毒物质，这些物质性质稳定，结构复杂，对生物体具有致癌致畸的影响，如果将未处理的染料废水排放到环境水域中，对生物体造成的影响是极大的。
目前处理染料废水的方法主要有吸附法、沉淀法、生物法、光催化氧化法、膜分离法以及辐射法等，而吸附法因使用成本低、吸附效率高、简单易操作，对有毒物质敏感度低等特点而倍受关注。工业生产中常用的吸附剂有活性炭、工业炉渣、粘土矿物和一些新型吸附剂等。
普鲁兰多糖是由出芽短梗霉发酵生产的类似葡聚糖、黄原胶的水溶性微生物多糖。由于其具有良好的成膜、成纤维、阻气、粘接、易加工、无毒性等特性，已广泛应用于医药、食品、轻工、化工和石油等领域。在普鲁兰多糖的生产过程中有许多的多糖菌丝球产生，通常将它是直接遗弃而没有被利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种普鲁兰菌丝球及其衍生物及其制备方法；
本发明的目的是提供一种上述普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用。
一、普鲁兰菌丝球及其衍生物的制备
（1）淀粉水的制备：用蒸馏水将淀粉调配成浓度为5~20g/L的淀粉水；淀粉为马铃薯淀粉、还可以是玉米、绿豆、木薯、小麦淀粉。
（2）发酵液的配制：在淀粉桨中加入KH2PO4，NaCl，(NH4)2SO4，搅拌均匀，制得发酵液。其中，KH2PO4在发酵过程中为菌丝球的生长提供生长微量元素钾，其加入量为2~8g/L；NaCl的在发酵过程中为菌丝球的生长提供生长微量元素钠，其加入量为0.5~2g/L；(NH4)2SO4在发酵过程中为菌丝球的生长提供氮源，其加入量为0.4~0.6g/L。
（3）菌丝球的制备：将上述制备的发酵液在温度110~130℃，压力0.1~0. 15MPa下灭菌20~40min，再接入菌种到发酵液中（接入的菌种为出芽短梗霉，接入量为5~25%），然后在恒温25~30℃、转速120~150r/min下振荡72~120h，形成菌丝球，过滤，蒸馏水洗涤，烘干，得普鲁兰菌丝球。
（4）普鲁兰菌丝球衍生物的制备：将普鲁兰菌丝球用酸、碱处理后可得菌丝球衍生物。采用盐酸（浓度0.01~0.1mol/L）、氢氧化钠（浓度0.01~0.1mol/L），菌丝球在酸碱液中浸泡5~30min ，然后用蒸馏水洗涤至中性，真空干燥，得到普鲁兰菌丝球衍生物。
三、普鲁兰菌丝球及其衍生物的应用
实验操作过程：分别取20 mg 普鲁兰菌丝球及其衍生物，加入到30mL亚甲基蓝（浓度16.2mg/L）、甲基橙（浓度33.1mg/L）、结晶紫溶液（浓度15.6mg/L），恒温振荡300 ~640min。观察菌丝球及其衍生物对染料的吸附效能，结果如下表1、2：
实验表明，普鲁兰菌丝球衍生物对于亚甲基蓝、甲基橙、结晶紫溶液的吸附过程均符合Langmuir 和 Freundlich 吸附等温模型及二级动力学方程，表示了菌丝球的吸附是单分子吸附，初步也说明此过程存在化学吸附和物理吸附两种作用。
综上所述，本发明制备的普鲁兰菌丝球及其衍生物对于水体中的有机染料亚甲基蓝、甲基橙、结晶紫等均具有很好的吸附性能，因此可用于染料废水的处理。普鲁兰菌丝球在生产完普鲁兰后没有其他用途而做为废弃物扔掉，将其进行酸\碱处理后，做为材料吸附回收有机染料废水中的有机染料，以达到以“废”治“废”的目的。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明普鲁兰菌丝球及其衍生物的制备、对于染料的吸附性能做进一步说明。
实施例一
1、普鲁兰菌丝球的制备
取1L土豆淀粉水（浓度5g/L）水，依次加入KH2PO4 8g，NaCl 2g，(NH4)2SO4 0.6g配制成发酵液，在120℃下高压(0.1MPa压力)灭菌20min，接入菌种（出芽短梗酶5%）到发酵液中，在恒温27.5℃，转速120r/min下振荡形成较大的菌丝球，过滤、蒸馏水洗涤、烘干，得3.5g普鲁兰菌丝球。
2、菌丝球吸附染料废水
取50mg菌丝球，加入到30ml亚甲基蓝（浓度16.2mg/L）、甲基橙（浓度33.1mg/L）、结晶紫溶液（浓度15.6mg/L），恒温振荡2h时间。
吸附效果：菌丝球对于亚甲基蓝的去除率为70%，对于甲基橙的去除率为33%，对于结晶紫的去除率为75%。
实施例二
1、普鲁兰菌丝球衍生物的制备
取1L土豆淀粉水（浓度10g/L）水，依次加入KH2PO4 8g，NaCl 2g，(NH4)2SO4 0.6g配制成发酵液，在120℃下 (0.15MPa压力)灭菌20min，接入菌种（出芽短梗酶10%）到发酵液中，在恒温27.5℃，转速120r/min下振荡形成较大的菌丝球，过滤、蒸馏水洗涤，然后将普鲁兰菌丝球置于0.01mol/L的盐酸中（50ml）浸泡10min，取出再用蒸馏水洗涤至中性，真空干燥得普鲁兰菌丝球衍生物。
2、菌丝球衍生物吸附染料废水
取50mg菌丝球衍生物，加入到40ml亚甲基蓝（浓度16.2mg/L）、甲基橙（浓度33.1mg/L）、结晶紫溶液（浓度15.6mg/L），恒温振荡2h时间。吸附效果：菌丝球对于亚甲基蓝的去除率为77%，对于甲基橙的去除率为38%，对于结晶紫的去除率为82%。
实施例三
1、普鲁兰菌丝球衍生物的制备
取1L土豆淀粉水（浓度20g/L）水，依次加入KH2PO4 8g，NaCl 2g，(NH4)2SO4 0.6g配制成发酵液，在120℃下高压(0.1MPa压力)灭菌20min，接入菌种出芽短梗酶15%到发酵液中，在恒温27.5℃，转速120r/min下振荡形成较大的菌丝球，过滤、蒸馏水洗涤、将普鲁兰菌丝球置于0.01mol/L的氢氧化钠溶液中（50ml）浸泡20min，取出再用蒸馏水洗涤至中性，真空干燥得普鲁兰菌丝球衍生物。
2、菌丝球衍生物吸附染料废水
取50mg菌丝球衍生物，加入到40ml亚甲基蓝（浓度16.2mg/L）、甲基橙（浓度33.1mg/L）、结晶紫溶液（浓度15.6mg/L），恒温振荡2h时间。吸附效果：菌丝球对于亚甲基蓝的去除率为84%，对于甲基橙的去除率为31%，对于结晶紫的去除率为94%。

Claims (8)

1.普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用。
2.如权利要求1所述普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用，其特征在于：所述有机染料为阳离子染料对亚甲基蓝、甲基橙、结晶紫。
3.如权利要求1所述普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用，其特征在于：吸附剂的投放量为20mg/L~70mg/L。
4.如权利要求1所述普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用，其特征在于：所述普鲁兰菌丝球的制备包括以下步骤：
（1）淀粉水的制备：用蒸馏水将淀粉调配成浓度为5~20g/L的淀粉水；淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、绿豆淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉；
（2）发酵液的配制：在淀粉桨中加入KH2PO4，NaCl，(NH4)2SO4，搅拌均匀，制得发酵液；
（3）普鲁兰菌丝球的制备：将上述制备的发酵液在110~130℃、压力0.1~0.2MPa下灭菌20~40min，再接入菌种到发酵液中，然后在恒温25~30℃、转速120~150r/min下振荡72~120h，形成菌丝球，过滤，蒸馏水洗涤，烘干，得普鲁兰菌丝球。
5.如权利要求1所述普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用，其特征在于：所述普鲁兰菌丝球衍生物的制备包括以下步骤：
（1）淀粉水的制备：用蒸馏水将淀粉调配成浓度为5~20g/L的淀粉水；
（2）发酵液的配制：在淀粉桨中加入KH2PO4，NaCl，(NH4)2SO4，搅拌均匀，制得发酵液；
（3）普鲁兰菌丝球的制备：将上述制备的发酵液在温度110~130℃、压力0.1~0.2MPa下灭菌20~40min，再接入菌种到发酵液中，然后在恒温25~30℃、转速120~150r/min下振荡72~120 h时间，形成菌丝球，过滤，蒸馏水洗涤，烘干，得普鲁兰菌丝球；
（4）普鲁兰菌丝球衍生物的制备：将普鲁兰菌丝球浸泡于浓度0.01~0.1mol/L盐酸或氢氧化钠溶液，时间为5~30min，然后用蒸馏水洗涤至中性，烘干，得普鲁兰菌丝球衍生物。
6.如权利要求4或5所述普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用，其特征在于：步骤（1）中，淀粉为马铃薯用淀粉、还可以玉米、绿豆、木薯、小麦淀粉。
7.如权利要求4或5所述普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用，其特征在于：步骤（2）中，KH2PO4的加入量为2~8g/L；NaCl的加入量为0.5~2g/L；(NH4)2SO4的加入量为0.4~0.6g/L。
8.如权利要求4或5所述普鲁兰菌丝球及其衍生物作为吸附剂在处理有机染料废水中的应用，其特征在于：步骤（3）中，接入的菌种为出芽短梗霉，接入量为5~25%。
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